Меню
Яндекс.Метрика

Глава 59. Онкогены и неопластические заболевания

При делении раковые клетки передают дочерним клеткам неопластический фенотип. Но этой причине получило всеобщее распространение мнение о том, что наследование неопластического фенотипа предопределяется специфическими генами. Это предположение объясняет чрезвычайный интерес исследователей-онкологов к онкогенным вирусам. Несмотря на сравнительную генетическую простоту, они вызывают все патологические и клинические изменения, ассоциированные с неопластическим заболеванием, и в некоторых случаях вирус способен вводить в нормальную клетку единственный ген (онкоген), продукт которого инициирует и поддерживает неопластическое состояние. Онкогены представляют собой измененные формы клеточных протоонкогенов, которые в норме выполняют в клетке важные функции. Человеческие гомологи некоторых из этих онкогенов могут играть определенную роль в раковых заболеваниях человека. Эта ситуация поднимает ряд вопросов относительно природы онкогенов, управления их экспрессией, биохимической природы их генных продуктов и механизмов взаимодействия с метаболизмом клетки-хозяина.

Ретровирусные онкогены

Взаимодействие ретровирусов с клеткой-хозяином. Открытие онкогенов явилось результатом изучения молекулярной биологии РНК опухолевых вирусов (ретровирусов). Ретро-вирусы широко распространены в природе и инфицирование некоторыми из них ассоциируется с новообразованиями у животных; другие же опухолегенными свойствами не обладают. Геном ретровируса представляет собой молекулу РНК длиной от 8000 до 10000 нуклеотидов. Отличительной особенностью жизненного цикла ретровирусов является то обстоятельство, что после проникновения вируса в клетку геномная молекула РНК копируется на ДНК (обратная транскрипция), и ДНК-копия интегрируется с хромосомной ДНК клетки-хозяина (отсюда и название ретровирус) (рис. 59-1). Эта интегрированная ДНК называется провирусом. Структура типичных провирусов схематически изображена на рис. 59-2. Длинные терминальные повторы (ДТП) содержат последовательности, скопированные с обоих концов геномной РНК вируса, размещены на каждом конце ДНК провируса н сцеплены непосредственно с ДНК хозяина. ДТП содержат последовательности, регулирующие экспрессию генов при репликации вирусов: gag кодирует внутренние структурные белки, pol— обратную транскрнптазу, env — гликопротеин вирусной оболочки. В регуляторные последовательности включены сигналы инициации и терминации транскрипции. Обычно они содержат также могучий ген-усилитель, способный настолько повысить темп транскрипции вирусных генов, что провирусный РНК-транскрипт будет составлять от 0,1 до 1% полного клеточного содержания мРНК. Промоторы и усилители транскрипции обычно включаются лишь в клетках определенного типа, чем и определяется тканеспецифичность вирусных генов. В других случаях активность последовательностей-усилителей реализуется стероидными гормонами. В отличие от многих других вирусов ретровирусы обычно не приводят клетку-хозяина к гибели после завершения репликации; вместо этого они встраиваются в экзогены, вызывают их экспрессию и тем самым меняют фенотип клетки-хозяина.

Рис. 59-1. Репликация ретровирусов.

(1) Оболочечный гликопротеин на поверхности вирусных частиц (вирионов) опознает рецепторы, способствующие входу в клетку, и освобождает вирусную геномную РНК.

(2) Каждый вирион содержит две молекулы вирусной РНК, которые в клетке копируются обратной транскриптазой в циклические скрученные молекулы вирусной ДНК.

(3) Некоторые из циклических молекул ДНК встраиваются в хромосомную ДНК хозяина в строго определенных точках молекулы вирусной ДНК и в случайном, или почти случайном, сайте хромосомы хозяина. (4) Интегрированная копия вирусной ДНК, или провирус, транскрибируе-тся как в мРНК, которая транслируется на клеточных полисомах в вирусные белки (5), так и в полимерную геномную вирусную РНК, которая содержит специфические последовательности, служащие сигналами упаковки при сборке вируса. (6) Вирусные РНК и белки собираются в частицы, которые затем покидают клетку. Весь процесс может не сопровождаться цитопатическими эффектами для клетки хозяина.

Остротрансформирующие ретровирусы и их онкогены. Заражение животных ретровирусами, содержащими только гены gag, pol и env, сопровождается новообразованиями лишь после долгого латентного периода. Напротив, остротрансформирующие ретровирусы в считанные дни или недели могут вызвать неоплазию in vivo или привести к перерождению клеток в культуре in vitro. Прототипом этого класса вирусов служит вирус саркомы Рауса. Структура провирусов из этих двух классов онкогенных агентов приведена на рис. 59-2. Почти все известные остротрансформирующие ретровирусы дефективны, т. е. они утратили часть генов, необходимых для репликации, и, следовательно, их распространение возможно лишь путем коинфекции со стандартными ретровирусами-хелперами. Такие дефекты являются результатом замещения репликативных генов вируса на онкоген, который играет роль посредника для. н епосредственно трансформирующих свойств вируса. Исключения из этого общего правила представлены некоторыми штаммами вируса саркомы Рауса, которые имеют как репликативные гены, так и онкогены. Хотя конкретный сегмент вирусного генома, который замещается на онкоген, может варьировать, общая конфигурация остротрансформирующих вирусов такова, как это показано на рис. 59-2. В этом случае онкоген спаян с 5-областью вирусного гена gag, в результате чего синтезируется трансформирующий белок с пептидами gag в аминотерминале.

В табл. 59-1 приводится список некоторых вирусов онкогенов, их природных хозяев и типов опухолей, которые они вызывают. В случае вируса саркомы Рауса роль гена src в неопластических трансформациях была установлена средствами генетики и биохимии. Известны мутации, вызывающие обратимую инактивацию продуктов гена src при повышении температуры (так называемые температурочувствительные мутации). Эти мутации переводят трансформированный фенотип в нормальное состояние, если инфицированные клетки подвергаются воздействию повышенной температуры. При понижении температуры клетки снова возвращаются в трансформированное состояние. Аналогичные, хотя и не столь полные, данные получены и для других вирусов, перечисленных в табл. 59-1.

Рис. 59-2. Сравнительные структуры провирусов со стандартной компетентной репликацией и остро трансформирующих ретровирусов. В обоих случаях провирус окаймлен прямыми последовательностями длинных терминальных повторов (ДТП), которые содержат основные элементы регуляции: включая промоторы и усилители транскрипции, сигналы терминации транскриптов вирусной РНК (сигналы добавки поли-А ) и сигналы интеграции в ДНК хозяина. Между ДТП стандартного ретровируса находятся три гена: gag (внутренние структурные белки), pol (обратная транскриптаза) и env (гликопротеин оболочки), которые необходимы для инфекции и репликации. У остротрансформирующих вирусов все или часть репликативных генов замещены трансформирующим онкогеном, который и определяет онкогенные свойства вируса. Наиболее общей структурой является спайка 5-участка гена gag с онкогеном. Стандартный провирус транскрибируется в полномерную вирусную РНК и в мРНК для синтеза вирусных белков. Остротрансформирующий провирус часто экспрессирует только один сайт РНК-транскрипта. В этом случае репликация дефективна и для размножения требуется коинфекция со стандартным ретровирусным хелпером. Символ Agag означает, что часть последовательности gag исчезла в результате делеции.

Почти все трансформирующие вирусы могут быть обнаружены in vitro по их способности вызывать перерождение клеток в культуре. Стандартный тест состоит в формировании инфицированными фибробластами (или линиями фибробластоподобных клеток) морфологически измененных клеток. Некоторые из порождающих лейкемию вирусов могут трансформировать макрофаги и/или кроветворные клетки in vitro.

Читать далее: Протоонкогены